Los discos de gas desalineados podrían estar "sobrealimentando" agujeros negros

Los científicos del Reino Unido han hecho la primera observación de gas cayendo en un agujero negro al 30% de la velocidad de la luz, ofreciendo apoyo a la teoría de que los discos de gas desalineados alrededor de los agujeros negros pueden hacer que el material caiga directamente en el evento espacio-tiempo. En el proceso, liberando enormes cantidades de energía.

Impresión artística de un agujero negro rodeado por un disco de acreción alineado tradicionalmente

El equipo, dirigido por el profesor Ken Pounds de la Universidad de Leicester, utilizó datos proporcionados por el observatorio de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea para observar el agujero negro en el centro de la galaxia PG211 + 143. Los resultados aparecen en la última edición de la revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

"La galaxia que estábamos observando con XMM-Newton tiene un agujero negro de 40 millones de masa solar que es muy brillante y evidentemente bien alimentado", dijo el profesor Pounds. "De hecho, hace unos 15 años detectamos un viento poderoso que indicaba que el agujero estaba sobrealimentado". . Si bien estos vientos ahora se encuentran en muchas galaxias activas, PG1211 + 143 ahora ha producido otro "primero", con la detección de materia que se hunde directamente en el agujero ".

"Pudimos seguir un grupo de materia del tamaño de la Tierra durante aproximadamente un día, ya que fue arrastrado hacia el agujero negro, acelerando a un tercio de la velocidad de la luz antes de ser tragado por el agujero". Pound continuó.

Impresión artística del telescopio de rayos X Newton XMM (ESA)

Los hallazgos son de particular interés, ya que la deglución de la materia por los agujeros negros por acreción es el método más eficiente para extraer energía de la materia. Por ejemplo, al comparar la acumulación en un agujero negro con la forma más común de reacción de fusión nuclear en el universo, la combustión de hidrógeno. Encontramos que la quema de hidrógeno libera aproximadamente el 0.7% de la energía encerrada dentro de la materia involucrada. Esto se compara con una eficiencia de acreción de aproximadamente hasta 50% para ciertos agujeros negros no rotativos (Kerr). Esta energía se libera como calor y luz.

Se cree comúnmente que el centro de todas las galaxias, incluida la nuestra, contiene un agujero negro supermasivo en su centro. La eficiencia energética del proceso de acreción significa que estos objetos denominados núcleos galácticos activos (AGN) o cuásares son los objetos más luminosos del universo si hay suficiente materia que los rodea para ser consumidos.

Un disco desalineado alrededor de un agujero negro supermasivo (Pounds, Nixon, et al)

Debido a la compacidad de los agujeros negros y la ley de conservación del momento angular, este gas generalmente se mueve demasiado rápido para caer directamente en el agujero negro, formando un disco de acreción alrededor del objeto. Son las fuerzas de fricción masivas dentro del gas, un producto del efecto gravitacional masivo del agujero negro que crea un ambiente lo suficientemente violento como para lograr una liberación de energía tan efectiva.

Estos hallazgos muestran que hay casos en los que el gas y otras materias pueden caer directamente en un agujero negro.

Se ha asumido comúnmente que estos discos de acreción están alineados con el plano de rotación del agujero negro. Este nuevo hallazgo arroja luz sobre cuál puede ser el efecto de un disco de acreción desalineado, específicamente sobre la velocidad a la que la materia cae sobre la superficie del agujero negro.

El profesor Pound y su equipo examinaron los espectros de rayos X de la galaxia PG211 + 143, una galaxia Seyfert ubicada a mil millones de años luz de distancia en la dirección de la constelación Coma Berenices tomada del observatorio XMM-Newton.

Los investigadores descubrieron que los espectros se desplazaron fuertemente hacia el rojo, lo que demuestra que está cayendo en el agujero negro aproximadamente un 30% de la velocidad de la luz, unos 100.000 kilómetros por segundo. Se descubrió que el gas se alimentaba casi directamente al agujero negro, probablemente como resultado de su proximidad al horizonte de eventos, el punto en el que nada, incluida la luz, puede escapar del agujero negro.

Esta observación da crédito a los desarrollos teóricos que también se originan en la Universidad de Leicester logrados mediante el uso de la instalación de supercomputadora Dirac para simular el "desgarro" de los sistemas de acreción desalineados. Esta investigación ha demostrado que los anillos de gas pueden romperse y chocar entre sí, causando choques y cancelando así su rotación, que es lo que les permite caer directamente en el agujero negro.

La investigación también implica que la "acumulación caótica" de discos desalineados puede ser común para los agujeros negros supermasivos. Esto puede explicar por qué los agujeros negros formados en el Universo temprano crecieron a tamaños tan extraordinariamente grandes. Los agujeros negros que aceptan la materia directamente de esta manera girarían más lentamente y podrían aceptar más gas y aumentar sus masas más rápidamente de lo que se creía anteriormente.

Investigación original disponible aquí.

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Publicado originalmente en sciscomedia.co.uk el 23 de septiembre de 2018.